第九章 試驗(yàn)設(shè)計(jì).ppt

1、第九章 林木育種中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)Experimental design in forest tree breeding,一、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容,1、制定試驗(yàn)方案 包括試驗(yàn)因素、處理水平、測(cè)定指標(biāo)、試驗(yàn)規(guī)模、小區(qū)大小、重復(fù)次數(shù)的確定，即試驗(yàn)小區(qū)排列方式的設(shè)計(jì)等。 2按統(tǒng)計(jì)學(xué)原理安排試驗(yàn)，并收集和整理數(shù)據(jù)。 3對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并作出合理的統(tǒng)計(jì)推斷。,二、林業(yè)試驗(yàn)的特點(diǎn),1林木是多年生植物，具有生命周期和年周期兩個(gè)生長(zhǎng)和發(fā)育周期，增加了實(shí)驗(yàn)的長(zhǎng)期性和復(fù)雜性。,2林木個(gè)體大，根系深，占地多，試驗(yàn)面積大，因此容易造成地形、土壤、營(yíng)養(yǎng)、光照以及氣候條件的不一致，加大株間差異。,3林木如果用種子繁殖，則變

2、異大；如果用嫁接繁殖，砧木與接穗相互影響，都會(huì)造成復(fù)雜的誤差；,5常有缺株現(xiàn)象發(fā)生，,4由于試驗(yàn)的長(zhǎng)期性，若最初的試驗(yàn)設(shè)計(jì)發(fā)生錯(cuò)誤，會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤累加，進(jìn)一步影響以后的試驗(yàn)。,三、林業(yè)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本要求,1試驗(yàn)要有合理性,2試驗(yàn)要有代表性,3試驗(yàn)要有可靠性,5林業(yè)試驗(yàn)還要有延續(xù)性和完整性,4試驗(yàn)結(jié)果要求重現(xiàn)性,四、試驗(yàn)誤差,試驗(yàn)各處理觀測(cè)值間的差異除包含處理效應(yīng)外，還含有由于其它非試驗(yàn)因素不能完全一致而產(chǎn)生的差異，這部分差異叫試驗(yàn)誤差(experimental error)。,（一）試驗(yàn)誤差的分類,2隨機(jī)誤差,1系統(tǒng)誤差,3過(guò)失誤差,1試驗(yàn)材料的差異,2試驗(yàn)中人為條件的差異,3試驗(yàn)環(huán)境條件的差異,

3、1試驗(yàn)要有重復(fù),五、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則,（二）林業(yè)試驗(yàn)誤差的來(lái)源,一個(gè)試驗(yàn)處理只有一個(gè)實(shí)驗(yàn)單元（即一個(gè)試驗(yàn)小區(qū)）叫無(wú)重復(fù)。重復(fù)有兩個(gè)作用： （1）估算誤差。 （2）減小試驗(yàn)誤差。 （3）使試驗(yàn)更富有代表性。,2試驗(yàn)要遵從隨機(jī)化原則,使各處理有同等機(jī)會(huì)分配到不同試驗(yàn)小區(qū)中，從而使各實(shí)驗(yàn)單元觀測(cè)值成為相互獨(dú)立的隨機(jī)變量，使同一處理內(nèi)各觀測(cè)值間的差異成為試驗(yàn)誤差的無(wú)偏估計(jì)。,3試驗(yàn)要實(shí)施局部控制,將對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有影響的非試驗(yàn)因素實(shí)行分段（分級(jí)）控制，以減小試驗(yàn)誤差， 在場(chǎng)圃試驗(yàn)中，可將試驗(yàn)地按其肥力不同劃分成若干不同肥力等級(jí)的地段，再將每個(gè)地段分成與處理數(shù)目相等的小區(qū)。同一地段內(nèi)各小區(qū)差異較小，而不同

4、地段土壤小區(qū)差異較大。這種土壤肥力相對(duì)一致的地段叫區(qū)組。,六、試驗(yàn)誤差控制的途徑,（一）試驗(yàn)地的選擇,1試驗(yàn)地要有代表性。,2地勢(shì)以平坦為宜。地勢(shì)高低不平會(huì)影響土壤的水分和土壤肥力狀況，山地試驗(yàn)，應(yīng)利用局部控制原理，使同一區(qū)組內(nèi)各小區(qū)的土壤情況盡量一致。,3. 試驗(yàn)地位置要適當(dāng),4. 試驗(yàn)地肥力應(yīng)均勻。,土壤肥力差異表現(xiàn)有2種形式：一是趨向性的差異，如土壤肥力由下坡到上坡或從地段的一側(cè)到另一側(cè)有規(guī)律地變化，這屬于系統(tǒng)誤差之一，可通過(guò)正確的田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行局部控制，提高精度。,另一種形式是點(diǎn)發(fā)性的，肥力變化沒(méi)有一定規(guī)律可循，較難以克服，可通過(guò)深耕施肥，或采用擴(kuò)大小區(qū)等方法來(lái)降低誤

5、差。,（1）觀察實(shí)驗(yàn)地段雜草生長(zhǎng)情況； （2）根據(jù)以往樹木生長(zhǎng)結(jié)果的檔案記錄來(lái)判斷； （3）空白試驗(yàn)。,（二）試驗(yàn)樹的選擇,1供試材料要有代表性。 2苗木要求高質(zhì)量、生長(zhǎng)健壯、整齊一致。育苗要大于實(shí)驗(yàn)用苗的13倍。 3試驗(yàn)苗木及樹木的管理要一致。,（三）小區(qū)技術(shù),1小區(qū)的面積與形狀,在試驗(yàn)中，安排一個(gè)處理的小塊地段或單元，稱為試驗(yàn)小區(qū)，簡(jiǎn)稱小區(qū)。,(1) 單株小區(qū)。以一株樹木作為一個(gè)小區(qū)，作為一次重復(fù)。,(2) 少株小區(qū)。一般由425株小區(qū)。,(3) 多株小區(qū)。以49100株樹木為一個(gè)小區(qū)。,林業(yè)試驗(yàn)以每小區(qū)栽110株效率最高。,無(wú)性系試驗(yàn)材料，試驗(yàn)地地勢(shì)較平坦，較一致，栽植管理措施跟得上可采

6、用單株小區(qū)，提高試驗(yàn)效率。在改良的初級(jí)階段或短期試驗(yàn)時(shí)間，多采用少數(shù)小區(qū)；在優(yōu)良材料的推廣階段，多采用多株小區(qū)，這樣與生產(chǎn)上實(shí)際情況更接近。,當(dāng)環(huán)境呈梯度變化時(shí)，如肥力，區(qū)組長(zhǎng)邊應(yīng)與環(huán)境梯度垂直，而區(qū)組內(nèi)小區(qū)的長(zhǎng)邊與環(huán)境變化相平行。,在山地試驗(yàn)時(shí)，區(qū)組的長(zhǎng)邊應(yīng)與坡向垂直，即平行于等高線。小區(qū)長(zhǎng)邊應(yīng)與坡向平衡，即垂直于等高線。一般來(lái)說(shuō)，小區(qū)長(zhǎng)寬比為3：110：1為宜。平地可用正方形。,2小區(qū)的重復(fù)次數(shù)。,一般在土壤差異不大的地區(qū)安排隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)需要46次重復(fù)。土壤差異較大或精度高時(shí)，可安排810次，比較粗放或小區(qū)面積較大時(shí)，也可23次。從統(tǒng)計(jì)學(xué)觀點(diǎn)看，方差分析時(shí)誤差項(xiàng)自由度最好不小于12。,3設(shè)

7、置對(duì)照和保護(hù)行,對(duì)照很關(guān)鍵，對(duì)照一般用當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的苗木，可以設(shè)置多個(gè)對(duì)照。如引種試驗(yàn)，需有當(dāng)?shù)氐膬?yōu)良樹種作對(duì)照，才能正確評(píng)價(jià)。施肥實(shí)驗(yàn)，必須設(shè)不施肥小區(qū)為對(duì)照。,例如，優(yōu)樹自由授粉子代測(cè)定，應(yīng)選擇選優(yōu)林分的一般種子或是選優(yōu)林分所在地區(qū)同性質(zhì)林分混合種子作對(duì)照；第二代種子園選育效果，應(yīng)以第一代種子園作對(duì)照；種源試驗(yàn)應(yīng)以當(dāng)?shù)胤N源種子作對(duì)照等?？傊瑢?duì)照一定要有可比性。,由于邊際效應(yīng)，場(chǎng)圃試驗(yàn)一般要設(shè)置保護(hù)行，以減少誤差和防止人畜踐踏，區(qū)組和小區(qū)間一般不設(shè)保護(hù)行。,林業(yè)試驗(yàn)研究方案制定的原則,試驗(yàn)?zāi)康囊鞔_ 試驗(yàn)方案中內(nèi)在比較處理效果時(shí),必須應(yīng)用單一差異原則 盡量排除非試驗(yàn)因素的限制 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的繁

8、、簡(jiǎn)要恰當(dāng) 試驗(yàn)因素中水平的確定 試驗(yàn)方案中應(yīng)設(shè)有共同可以比較的水平（對(duì)照）,七、多點(diǎn)完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)和分析,在育種試驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)子代測(cè)定或無(wú)性系測(cè)定所選擇出的優(yōu)良品種（種源、家系或無(wú)性系），在推廣之前，需進(jìn)行區(qū)域試驗(yàn)，即在統(tǒng)一設(shè)計(jì)下進(jìn)行多點(diǎn)試驗(yàn)。 所謂統(tǒng)一設(shè)計(jì)，主要是指每一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的參試品種相同，采用的試驗(yàn)設(shè)計(jì)相同，小區(qū)技術(shù)相同，這樣為品種多點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果的聯(lián)合分析提供了客觀可能性和可靠性，因而可用以測(cè)定新品種的優(yōu)良特性及性狀穩(wěn)定性。,以4個(gè)白楊無(wú)性系（v=4）在5個(gè)地點(diǎn)（S5）對(duì)比試驗(yàn)為例。5個(gè)地點(diǎn)均采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)4次，（r=4），每小區(qū)3株，6年生樹高測(cè)定數(shù)據(jù)列入下表。,1、計(jì)算各

9、種平方和和自由度,校正系數(shù),總計(jì),dfT= vsr 1 = 454 1 = 79,區(qū)組,dfrs ( r1 ) 5 (4 1) = 15,試驗(yàn)點(diǎn),dfS = S 1 = 5 1 = 4,無(wú)性系,dfv = v 1 = 4 1 = 3,無(wú)性系試驗(yàn)點(diǎn),df v = (v 1 ) ( S 1 ) = ( 4 1 )( 5 1)=12,誤差,dfe = S ( v 1 ) ( r 1 ) = 5 ( 4 1) (4 1 ) = 45,2列方差分析表,八、品種穩(wěn)定性分析,一個(gè)數(shù)量性狀的表型值P可以看作是基因型和環(huán)境差值E的線性函數(shù)。,P G E,PGEG E,假設(shè)有兩個(gè)無(wú)性系A(chǔ)和B，遺傳結(jié)構(gòu)上是有差異的

10、。再假定這兩個(gè)無(wú)性系栽植于兩個(gè)不同環(huán)境，例如，地區(qū)X和Y，然后看其產(chǎn)量性狀的變化。如果A和B無(wú)性系在X和Y地區(qū)表現(xiàn)一致的趨勢(shì)，那么遺傳型和環(huán)境的互作就不存在。如果A和B無(wú)性系在X地區(qū)的產(chǎn)量是相似的，但在Y地區(qū)，A無(wú)性系的產(chǎn)量上升，而B無(wú)性系的產(chǎn)量表現(xiàn)下降，這就說(shuō)明無(wú)性系和地區(qū)有互作存在。,在類型a和b，A 無(wú)性系是一個(gè)普遍適應(yīng)的無(wú)性系；在類型 c和e，A無(wú)性系是一個(gè)特殊適應(yīng)于Y地區(qū)的無(wú)性系；在類型d和f，A無(wú)性系是一個(gè)特殊適用于X地區(qū)的無(wú)性系。,基因型與環(huán)境互作在育種上應(yīng)用較廣的是品種穩(wěn)定性測(cè)定。基因型與環(huán)境互作和品種穩(wěn)定性有關(guān)。所謂品種穩(wěn)定性是指品種在不同環(huán)境條件下能保持性狀的穩(wěn)定狀態(tài)。 當(dāng)

11、品種多點(diǎn)試驗(yàn)聯(lián)合方差分析品種試驗(yàn)點(diǎn)的互作達(dá)顯著或極顯著時(shí)，表明不同品種在不同環(huán)境條件下的表現(xiàn)存在差異，必須進(jìn)行品種穩(wěn)定性測(cè)定。,測(cè)定品種穩(wěn)定性的方法有很多，僅介紹Finlay 和Wilkinson（1963）提出的方法。,用每一個(gè)地點(diǎn)的所有品種的平均產(chǎn)量，作為地區(qū)的環(huán)境指數(shù)，然后計(jì)算每一品種的平均產(chǎn)量，計(jì)算與環(huán)境指數(shù)的回歸系數(shù)。并用該回歸系數(shù)作為品種穩(wěn)定性的測(cè)度標(biāo)準(zhǔn)。回歸系數(shù)小，表示品種對(duì)環(huán)境反應(yīng)小，較穩(wěn)定，反之不穩(wěn)定。,設(shè)有v個(gè)品種，在n個(gè)環(huán)境（地點(diǎn)）栽種。V個(gè)品種在每個(gè)環(huán)境可求出一個(gè)平均數(shù)，作為該環(huán)境的環(huán)境指數(shù)，在n個(gè)環(huán)境可求出n個(gè)指數(shù)，求每一個(gè)品種在各環(huán)境的平均產(chǎn)量(Y)對(duì)環(huán)境指數(shù)X回歸

12、系數(shù)及直線回歸方程。,評(píng)定品種穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)：,（1）當(dāng)b1 表示該品種具有平均穩(wěn)定性； （2）當(dāng)b 1 表示該品種低于平均穩(wěn)定性； （3）當(dāng) b 1 表示該品種高于平均穩(wěn)定性。,以前一多點(diǎn)隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)為例，穩(wěn)定性計(jì)算方法如下：,首先進(jìn)行多點(diǎn)完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，當(dāng)品種多點(diǎn)聯(lián)合方差分析中品種試驗(yàn)地點(diǎn)互作達(dá)到顯著或極顯著時(shí)，就要進(jìn)行品種穩(wěn)定性測(cè)定。由前列中計(jì)算得每一品種在每一地點(diǎn)相應(yīng)平均產(chǎn)量及環(huán)境指數(shù)如下表所示。,環(huán)境指數(shù) 8.37 10.28 10.20 7.89 9.57,（1）由表中計(jì)算出每一品種在每一試驗(yàn)點(diǎn)的小區(qū)平均產(chǎn)量，及每一試驗(yàn)點(diǎn)個(gè)品種的平均值，即環(huán)境指數(shù).,（2）計(jì)算每一品種的平均產(chǎn)量（Y）回歸于環(huán)境指數(shù)（X）的回歸系數(shù)（b）及回歸方程。,回歸方程為,同理可求其它無(wú)性系回歸方程,303：,106：,毛白楊：,綜合樹高平均值和穩(wěn)定性參數(shù)看，741、106的b值接近于1，由于741樹高平均值高于全體平均值，所以認(rèn)為741是適應(yīng)性廣，穩(wěn)定性強(qiáng)，生長(zhǎng)量大的無(wú)性系，適宜在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)大范圍推廣。,106樹高接近全體平均數(shù)，但高于對(duì)照毛白楊，所以也是一個(gè)較理想的推廣品種。,303的b值低于1，易在不良環(huán)境條件下發(fā)揮生長(zhǎng)潛力。,毛白楊的b值大于1 ，適宜在環(huán)境較好的